Продолжение. См. № 45, 46, 47/2003

Практическая работа 4.
Каучук

(окончание)

Задание 3. Написать уравнения реакций для цепочки химических превращений, указать условия протекания этих реакций. Использовать структурные формулы веществ.

С₁₀Н₂₂ н-пентан 2-метилбутан 2-метилбутадиен-1,3

Задание 4. Прослушать сообщения учащихся (опережающее задание) по темам «Натуральный каучук» и «Искусственный и синтетические каучуки». Рассмотреть коллекцию «Каучук», связав рассмотрение образцов с направленностью их применения в народном хозяйстве.

Практическая работа 5.
Ацетилен

Цели. Научиться получать ацетилен лабораторным способом, очищать и собирать его, проводить характерные химические реакции, основанные на особенностях строения молекулы ацетилена.
Оборудование и реактивы. Пробирка (с отверстием в дне) или хлоркальциевая трубка, универсальный прибор для получения газообразных веществ, лучина, спиртовая горелка, спички, газоотводная трубка-капилляр с пробкой к пробирке, штатив с пробирками, газовая горелка, железный штатив с лапкой (2 шт.), длинная стеклянная трубка с оттянутым концом, химический стакан, промывная склянка (2 шт.), санитарная склянка; карбид кальция СaС₂, H₂O (дистил.),
этанол С₂Н₅ОН, NaCl (насыщ. р-р), HCl (конц.), Br₂ (бромная вода), K₂Cr₂O₇, KMnO₄,
метилоранж (р-р), NaOH (насыщ. р-р), аммиачный раствор хлорида меди(I) [Сu(NH₃)₂]Cl,
раствор Na₂CO₃ или NaНCO₃, Н₂SO₄ (конц.).

Общая формула алкинов: C_nH_2n–2.

Формулы ацетилена (этина)

M(C₂H₂) = 26 г/моль; V_M(C₂H₂) = 22,4 л/моль; D_возд(C₂H₂) = 26/29 = 0,897.

энергия связи атомов углерода:

В воде газ ацетилен плохо растворим (но лучше метана и этилена). В чистом виде почти без запаха. Ацетилен – родоначальник гомологического ряда ацетиленовых углеводородов – алкинов.
Изомерный алкинам класс углеводородов – алкадиены (соединения с двумя двойными связями в молекуле).
Облако двух -связей имеет высокую (цилиндрическую) симметрию, нарушение которой требует дополнительных затрат энергии. Следовательно, алкины значительно более ненасыщенные, чем алкены. По сравнению с алкенами алкины менее активно вступают в реакции электрофильного присоединения и окисления. Например, если обесцвечивание Br₂ (бромной воды) и КМnO₄ у алкенов происходит мгновенно, то у алкинов – медленно, постепенно. Многие реакции электрофильного присоединения идут лишь в присутствии катализатора.
Другая особенность электронного строения алкинов – повышенная полярность ацетиленовой связи
С Н. Полярность ацетиленовой С–Н-связи приводит к наличию у алкинов-1 очень слабых кислотных свойств.

Химические свойства алкинов

Реакции присоединения (как и у диенов) идут ступенчато и в основном по ионному механизму
(с M-эффектом).
Взаимодействие с раствором Br₂ – качественная реакция на -связь:

Полное гидрирование алкинов приводит к образованию алканов:

Гидрохлорирование ацетилена дает винилхлорид:

Полимеризацией винилхлорида получают поливинилхлорид – самый многотоннажный в настоящее время пластик.

Гидратация ацетилена по Кучерову (1881):

В соответствии с правилом Марковникова гомологи этина при гидратации (в присутствии Hg²⁺ или солей тяжелых металлов) образуют кетоны:

Ацетилен горит с образованием копоти (при недостатке притока воздуха) или светящимся пламенем (признак ненасыщенности соединения):

При взаимодействии с раствором KMnО₄, подщелоченным раствором соды, происходит обесцвечивание малинового раствора. Это другая качественная реакция на наличие -связи в органическом соединении (реакция Е.Е.Вагнера). В кислой среде происходит окисление ацетилена до щавелевой кислоты:

Алкины с концевым положением тройной связи проявляют слабые кислотные свойства (значительно более слабые, чем H₂O). Поэтому со щелочами алкины не реагируют, а ионные ацетилениды водой полностью гидролизуются:

CaC₂ + 2H₂O Ca(OH)₂ + H–CC–H.

Как и алкены, алкины вступают в реакцию полимеризации. Полимеризация этина и его гомологов в зависимости от применяемого катализатора проходит по-разному.
Димеризация:

Вследствие более высокой электроотрицательности sp-гибридного атома С по сравнению с sp²-гибридным атомом С электронная плотность в молекуле димера смещена в сторону тройной связи. Именно по тройной связи в первую очередь идут реакции присоединения:

Тримеризация ацетилена в бензол по Зелинскому или по Реппе:

Хлоропрен полимеризуют в каучук, вулканизацией которого получают масло- и бензостойкую резину. Гомологи этина дают соответствующие алкилбензолы (ароматические углеводороды). При 300 °С (в присутствии меди) ацетилен превращается в линейный полимер (–СН=СН–)_n, очень нестойкий.

Получение алкинов

Этин – улавливаемый промежуточный продукт крекинга метана (быстрое удаление из высокотемпературной зоны и охлаждение), получают также гидролизом ацетиленидов кальция и магния.
Общим способом получения алкинов является дегидрогалогенирование дигалогенопроизводных алканов:

Применение ацетилена

Использование ацетилена в промышленности основного органического синтеза снизилось из-за подбора более дешевого сырья. Но и сейчас из ацетилена получают акрилонитрил СН₂=СНCN, растворители и другие соединения, широко используют для резки и сварки металлов.

ПРИМЕЧАНИЕ
к лабораторному эксперименту «Получение ацетилена»

Существует два основных способа получения ацетилена: прибавление воды к карбиду и внесение карбида в воду.

Вода в карбид

В колбу Вюрца помещают СаС₂ и из воронки, закрывающей горло колбы, добавляют по каплям воду. Для получения равномерного тока газа удобно добавлять к СаС₂ этиловый спирт или вместо воды пользоваться насыщенным раствором хлорида натрия.

Карбид в воду

В пробирку с отверстием в дне помещают кусочки CaC₂, закрывают ее пробкой с капилляром (можно использовать хлоркальциевую трубку, тоже легко поднимающуюся в пробке, закрывающей колбу с водой). В пробке колбы должно быть небольшое отверстие на случай, если газообразный продукт попадет в колбу и создаст давление.